Механизм излучения радиоволн кратко
Обновлено: 06.07.2024
Излучение радиоволн — процесс возбуждения бегущих электромагнитных волн радиодиапазона в пространстве, окружающем источник колебаний тока или заряда. При этом энергия источника преобразуется в энергию распространяющихся в пространстве электромагнитных волн. Приём радиоволн является процессом, обратным процессу излучения. Он состоит в преобразовании энергии электромагнитных волн в энергию переменного тока. И. и п. р. осуществляются с помощью передающих и приёмных антенн (См. Антенна).
Излучение радиоволн.
Рис. 1. Виток катушки индуктивности.
Источником первичных электрических колебаний могут быть переменные токи, текущие по проводникам, переменные поля и т. п. Однако переменные токи относительно низкой частоты (например, промышленной частоты 50 гц) для излучения непригодны: на этих частотах нельзя создать эффективный излучатель. Действительно, если электрические колебания происходят, например, в катушке индуктивности, размеры которой малы по сравнению с длиной волны λ, соответствующей частоте колебаний тока, текущего в катушке, для каждого участка с одним направлением тока, например А (рис. 1), существует другой участок В, удалённый от А на расстояние, меньшее, чем λ/2, в котором в тот же момент времени направление тока противоположно. На больших расстояниях от витка волны, излученные элементами А и В, ослабляют друг друга. Так как виток состоит из таких пар противофазных элементов, то он, а следовательно вся катушка, излучает плохо. Также плохо излучает Колебательный контур, содержащий катушку индуктивности и конденсатор. В каждый момент времени заряды на обкладках конденсатора равны по величине, противоположны по знаку и удалены друг от друга на расстояние, значительно меньшее, чем λ/2. Из сказанного следует, что для эффективного излучения радиоволн необходима незамкнутая (открытая) цепь, в которой либо нет участков с противофазными колебаниями тока или заряда, либо расстояние между ними не мало по сравнению с λ/2. Если размеры цепи таковы, что время распространения изменений электромагнитного поля в ней сравнимо с периодом колебаний тока или заряда (скорость распространения возмущений конечна), то условия квазистационарности не выполняются (см. Квазистационарный процесс) и часть энергии источника уходит в виде электромагнитных волн. Для практических целей обычно применяют электромагнитные волны с λ
Продолжаю цикл статей, посвящённых становлению так называемой современной физики, скрывающей от нас многие истины об устройстве Природы. Начало здесь: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.
Сегодня читателю предлагается узнать о глобальной ошибке в теории излучения радиоволн в том числе и всеми мобильными телефонами!
Итак, в чём же состоит эта глобальная ошибка в теории излучения радиоволн?
В 1831 году великий английский экспериментатор Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, природу которого он объяснил следующим образом.
С подачи Майкла Фарадея эта информация прямо тогда же широко разлетелась по миру, а последнее из написанного выше стало восприниматься всеми буквально как очевидное, потому что любой человек мог наблюдать явление электромагнитной индукции в простейших опытах с магнитом и проволочной катушкой.
Так выглядит (рисунок вверху) простейший магнитный индуктор тока, и так выглядит простейший электромагнитный индуктор тока (рисунок внизу):
Только Д.К.Максвелл в своих представлениях мысленно перенёс явление электромагнитной индукции с вещества на мировой эфир, в существование которого он верил. В нём он смог мысленно представить процесс превращения магнитного поля в электрическое, затем электрического поля в магнитное, и так далее до бесконечности. Именно такими он мысленно увидел волны видимого света и волны невидимого света – радиоволны.
Установка Герца для излучения и изучения радиоволн.
Следующий график можно увидеть на экране двухлучевого осциллографа при инструментальном замере напряжённостей электрического и магнитного полей в принимающей волны антенне.
Нам говорят, что якобы так выглядит радиоволна в вакууме.
Этот реальный колебательный процесс, происходящий в теле любой радиоприёмной антенны, уже многие десятки лет выдаётся учёными за реальную радиоволну, летящую в свободном пространстве со скоростью света. При этом никто, разумеется, не хочет объяснить бедным студентам, у которых ум за разум заходит от таких картинок и таких утверждений, как же этот синхронно происходящий процесс нарастания и убывания напряжённостей электрического и магнитного полей, может происходить где-то ещё, кроме провода приёмной антенны.
Если такой колебательный процесс и в самом деле происходит в вакууме, как утверждает современная физика, но что невозможно представить в воображении, то каким чудом после перехода энергий двух полей в ноль они могут потом из ничего буквально воскреснуть? И что, спрашивается, вынуждает такую радиоволну двигаться в вакууме вперёд, да ещё и со скоростью света, если колебания двух видов энергии (магнитной и электрической) происходят в плоскостях, перпендикулярных направлению распространения?! И какая сила ограничивает скорость такой радиоволны тремястами тысячами километров в секунду?
Современная наука ничего этого не объясняет, просто заставляет всех верить, что радиоволны именно так и выглядят и так распространяются! Прямо религия какая-то получается!
Я же скажу следующее: все эти, мягко говоря, недоразумения имеют место в современной физике исключительно оттого, что принятый догмат электромагнитного поля не предусматривает в радиоволне никаких других полей, кроме электрического и магнитного, инструментально наблюдаемых при работе закрытого колебательного контура* или обыкновенного трансформатора.
.jpg)
Я постарался обозначить эту проблему науки совсем коротко, но так, чтобы меня поняли даже школьники самой обычной школы.
Почему и зачем я этого добиваюсь?
Дело в том, что Российская Академия Наук нагло игнорирует эту научную истину уже несколько десятков лет, хотя ей докладывал обо всём этом наш знаменитый академик, создатель плазменного оружия России, Римилий Фёдорович Араменко — доктор технических наук, профессор, заместитель генерального конструктора НИИ радиоприборостроения, автор более 100 научных трудов, в том числе открытия и более 40 изобретений и патентов. Более всего Р.Ф.Авраменко известен научной общественности как специалист по системам противоракетной обороны и автор системы гарантированной защиты на новых физических принципах.
Из его книги "Будущее открывается квантовым ключом", известно, что:
"Эксперименты в 1973-1975 годах показали, что индукционное электрическое поле в вакууме НЕ существует: Еинд = 0 , в то время как по современным представлениям, казалось бы, в вакууме Еинд определяется известным дифференциальным уравнением Максвелла (в Гауссовой системе единиц):
Уравнения Максвелла не описывают наблюдаемую реальность! Подчеркнём, что опыты, о которых шла речь, свидетельствуют об отсутствии именно вихревого (индукционного) электрического поля и, конечно, подтверждают существование электрического поля свободных зарядов.
где (j) - скалярный потенциал поля.
Тем не менее, факт отсутствия индукционного электрического поля приводит к необходимости полного пересмотра основ современной теоретической физики, начиная от исходных понятий — движение материальных тел, сила, энергия и т.п.
Требуется полная ревизия основ электродинамики, квантовых (волновых) теорий, ядерной физики и физики элементарных частиц". (Источник. Стр. 127).
Это было заявлено РАН нашим выдающимся академиком ещё лет 30 назад, а издано это было в виде посмертного сборника лекций, статей и заметок Р.Ф.Авраменко 14 лет назад. Но, как говорится, "воз и ныне там!".
Вот почему я счёл своим долгом написать статью о радиоволнах, рассчитанную не на академиков из РАН, а на самых обычных школьников и студентов! Они — наше будущее, и они имеют право знать научную истину!
Вот только пока некому у нас делать физику заново. Для этого нужны смельчаки уровня Галилео Галилея или Джордано Бруно. Да и противодействие "сверху" идёт очень сильное!
18 августа 2019 г. Мурманск. Антон Благин
Бабай: как удалось использовать радиоволны повсеместно, если люди имеют ошибочное представление о них. Расчёты учёных всегда были безошибочны, а иначе это был бы вселенский скандал!
AntonBlagin: ой какой хороший вопрос Вы задали! Благодарю! Весь фокус в том, что все разработчики радиопередающих и радиоприёмных устройств видят в их работе только электрические и магнитные поля, связанные между собой в единую колебательную систему принципом "электромагнитной индукции".
Причём они видят их лишь в той форме и в тех качествах, которые досконально изучены при исследовании работы любого закрытого колебательного контура или трансформатора переменного тока. На основе расчётов этого хорошо изученного колебательного процесса собственно и строятся все радиопередатчики. И это правильно, потому что эти переменные поля (магнитное и электрическое) действительно честно трудятся в любой радиопередающей антенне.
Вот только никто почему-то не понимает, что они трудятся в радиопередающей антенне особой конструкции как "мама" и "папа", желающие зачать дитя! А "дитя" в нашем случае — это радиоволна, волновой процесс, который рождается и стартует с места своего рождения только благодаря труду "мамы" и "папы", которые оба остаются на месте, то есть в антенне и вблизи антенны.
Таким образом все расчёты учёных, разрабатывающих радиопередающие устройства, оказываются верны касательно работы электрического и магнитного полей, порождаемых в радиопередающих антеннах токами высокой частоты, поступающими в антенну из специального генератора.
Слепота же абсолютно всех наших ученых-физиков состоит только в том, что они не до конца понимают, что же происходит в антенне! Они не понимают самого механизма рождения радиоволны в антенне! Оттого они видят там только работу "магнитного и электрического полей" , и не видят, что эти поля порождают в том же самом "электромагнитном поле" своё законнорожденное "дитя" — радиоволну, распространяющуюся в свободном пространстве со скоростью света исключительно за счёт своих продольных колебаний.
Дальше я могу уже ничего не рассказывать, выше в тексте моей статьи есть по этому поводу объяснение Николы Тесла, который ясно сказал ещё в 1932 году, что всякая радиоволна представляет собой продольные импульсы. Великий экспериментатор был абсолютно прав, но ему никто не поверил!
Радиоволна
Длина волны(λ) — это расстояние между соседними гребнями волны.
Амплитуда(а) — максимальное отклонения от среднего значения при колебательном движении.
Период(T) — время одного полного колебательного движения
Частота(v) — количество полных периодов в секунду
Существует формула, позволяющая определять длину волны по частоте:
Где: длина волны(м) равна отношению скорости света(км/ч) к частоте (кГц)
Длинные волны(ДВ) v = 150—450 кГц (λ = 2000—670 м).
Этот тип радиоволны обладает свойством огибать препятствия, используется для связи на большие расстояния. Также обладает слабой проникающей способностью, так что если у вас нет выносной антенны, вам вряд ли удастся поймать какую-либо радиостанцию.
Средние волны (СВ) v = 500—1600 кГц (λ = 600—190 м).
Эти радиоволны хорошо отражаются от ионосферы, находящейся на расстоянии 100-450 км над поверхностью земли.Особенность этих волн в том, что в дневное время они поглощаются ионосферой и эффекта отражения не происходит. Этот эффект используется практически, для связи, обычно на несколько сотен километров в ночное время.
Короткие волны (КВ) v= 3—30 МГц (λ = 100—10 м).
Подобно средним волнам, хорошо отражаются от ионосферы, но в отличии от них, не зависимо от времени суток. Могут распространяться на большие расстояния(несколько тысяч км) за счет пере отражений от ионосферы и поверхности земли, такое распространение называют скачковым. Передатчиков большой мощности для этого не требуется.
Ультракороткие Волны(УКВ) v = 30 МГц — 300 МГц (λ = 10—1 м).
Эти волны могут огибать препятствия размером в несколько метров, а также имеют хорошую проникающую способность. За счет таких свойств, этот диапазон широко используется для радио трансляций. Недостатком является их сравнительно быстрое затухание при встрече с препятствиями.
Существует формула, которая позволяет рассчитать дальность связи в УКВ диапазоне:
Так к примеру при радиотрансляции с останкинской телебашни высотой 500 м на приемную антенну высотой 10 м, дальность связи при условии прямой видимости составит около 100 км.
Высокие частоты (ВЧ-сантиметровый диапазон) v = 300 МГц — 3 ГГц (λ = 1—0,1 м).
Не огибают препятствия и имеют хорошую проникающую способность. Используются в сетях сотовой связи и wi-fi сетях.
Еще одной интересной особенностью волн этого диапазона, является то, что молекулы воды, способны максимально поглощать их энергию и преобразовывать ее в тепловую. Этот эффект используется в микроволновых печах.
Как видите, wi-fi оборудование и микроволновые печи работают в одном диапазоне и могут воздействовать на воду, поэтому, спать в обнимку с wi-fi роутером, длительное время не стоит.
Крайне высокие частоты (КВЧ-миллиметровый диапазон) v = 3 ГГц — 30 ГГц (λ = 0,1—0,01 м).
Отражаются практически всеми препятствиями, свободно проникают через ионосферу. За счет своих свойств используются в космической связи.
AM — FM
Зачастую, приемные устройства имеют положения переключателей am-fm, что же это такое:
AM — амплитудная модуляция
Это изменение амплитуды несущей частоты под действием кодирующего колебания, к примеру голоса из микрофона.
АМ — первый вид модуляции придуманный человеком. Из недостатков, как и любой аналоговый вид модуляции, имеет низкую помехоустойчивость.
FM — частотная модуляция
Это изменение несущей частоты под воздействие кодирующего колебания.
Хотя, это тоже аналоговый вид модуляции, но он имеет более высокую помехоустойчивость чем АМ и поэтому широко применяется в звуковом сопровождении ТВ трансляций и УКВ вещании.
На самом деле у описанных видом модуляции есть подвиды, но их описание не входит в материал данной статьи.
Еще термины
Дифракция — явление, возникающее при встрече радиоволны с препятствиями, в результате чего, волна может менять амплитуду, фазу и направление.
Данное явление объясняет связь на КВ и СВ через ионосферу, когда волна отражается от различных неоднородностей и заряженных частиц и тем самым, меняет направление распространения.
Этим же явлением объясняется способность радиоволн распространяться без прямой видимости, огибая земную поверхность. Для этого длина волны должна быть соразмерна препятствию.
Гипервысокие частоты (ГВЧ)
Но эти диапазоны весьма обширны и, в свою очередь, разбиты на участки, куда входят так называемые радиовещательные и телевизионные диапазоны, диапазоны для наземной и авиационной, космической и морской связи, для передачи данных и медицины, для радиолокации и радионавигации и т.д. Каждой радиослужбе выделен свой участок диапазона или фиксированные частоты.
Термин
Диапазон
частот
Пояснения
Коротковолновый
диапазон (КВ)
Из-за особенностей распространения в
основном применяется для дальней связи.
Гражданский диапазон, в котором могут
пользоваться связью частные лица. В
разных странах на этом участке выделено от
40 до 80 фиксированных частот (каналов).
Диапазон подвижной наземной связи.
Непонятно почему, но в русском языке не
нашлось термина, определяющего данный
диапазон.
Наиболее распространенный диапазон
подвижной наземной связи.
Диапазон подвижной наземной связи.
Иногда не выделяют этот участок в
отдельный диапазон, а говорят УКВ,
подразумевая полосу частот от 136 до
512 МГц.
806–825 и
851–870 МГц
Не надо путать официальные наименования диапазонов частот с названиями участков, выделенных для различных служб. Стоит отметить, что основные мировые производители оборудования для подвижной наземной связи выпускают модели, рассчитанные на работу в пределах именно этих участков.
В дальнейшем мы будем говорить о свойствах радиоволн применительно к их использованию в наземной подвижной радиосвязи.
Как распространяются радиоволны
Радиоволны излучаются через антенну в пространство и распространяются в виде энергии электромагнитного поля. И хотя природа радиоволн одинакова, их способность к распространению сильно зависит от длины волны.
Земля для радиоволн представляет проводник электричества (хотя и не очень хороший). Проходя над поверхностью земли, радиоволны постепенно ослабевают. Это связано с тем, что электромагнитные волны возбуждают в поверхности земли электротоки, на что и тратится часть энергии. Т.е. энергия поглощается землей, причем тем больше, чем короче длина волна (выше частота). Кроме того, энергия волны ослабевает еще и потому, что излучение распространяется во все стороны пространства и, следовательно, чем дальше от передатчика находится приемник, тем меньшее количество энергии приходится на единицу площади и тем меньше ее попадает в антенну.
Передачи длинноволновых вещательных станций можно принимать на расстоянии до нескольких тысяч километров, причем уровень сигнала уменьшается плавно, без скачков. Средневолновые станции слышны в пределах тысячи километров. Что же касается коротких волн, то их энергия резко убывает по мере удаления от передатчика. Этим объясняется тот факт, что на заре развития радио для связи в основном применялись волны от 1 до 30 км. Волны короче 100 метров вообще считались непригодными для дальней связи.
Однако дальнейшие исследования коротких и ультракоротких волн показали, что они быстро затухают, когда идут у поверхности Земли. При направлении излучения вверх, короткие волны возвращаются обратно.
Еще в 1902 английский математик Оливер Хевисайд ( Oliver Heaviside ) и американский инженер-электрик Артур Эдвин Кеннелли ( Arthur Edwin Kennelly ) практически одновременно предсказали, что над Землей существует ионизированный слой воздуха – естественное зеркало, отражающее электромагнитные волны. Этот слой был назван ионосферой. Ионосфера Земли должна была позволить увеличить дальность распространения радиоволн на расстояния, превышающие прямую видимость. Экспериментально это предположение было доказано в 1923. Радиочастотные импульсы передавались вертикально вверх и принимались вернувшиеся сигналы. Измерения времени между посылкой и приемом импульсов позволили определить высоту и количество слоев отражения.
Распространение длинных и коротких волн [2].
Отражательные сл ои ио носферы и распространение коротких волн
в зависимости от частоты и времени суток [1].
Распространение коротких и ультракоротких волн [2].
Радиоволны УКВ диапазона по свойствам в большей степени напоминают световые лучи. Они практически не отражаются от ионосферы, очень незначительно огибают земную поверхность и распространяются в пределах прямой видимости. Поэтому дальность действия ультракоротких волн невелика. Но в этом есть определенное преимущество для радиосвязи. Поскольку в диапазоне УКВ
волны распространяются в пределах прямой видимости, то можно располагать радиостанции на расстоянии 150–200 км друг от друга без взаимного влияния. А это позволяет многократно использовать одну и ту же частоту соседним станциям.
Свойства радиоволн диапазонов ДЦВ и 800 МГц еще более близки к световым лучам и потому обладают еще одним интересным и важным свойством. Вспомним, как устроен фонарик. Свет от лампочки, расположенной в фокусе рефлектора, собирается в узкий пучок лучей, который можно
послать в любом направлении. Примерно то же самое можно проделать и с высокочастотными радиоволнами. Можно их собирать зеркалами-антеннами и посылать узкими пучками. Для низкочастотных волн такую антенну построить невозможно, так как слишком велики были бы ее размеры (диаметр зеркала должен быть намного больше , чем длина волны). Возможность направленного излучения волн позволяет повысить эффективность системы связи.
Связано это с тем, что узкий луч обеспечивает меньшее рассеивание энергии в побочных
направлениях, что позволяет применять менее мощные передатчики для достижения заданной дальности связи. Направленное излучение создает меньше помех другим системам связи, находящихся не в створе луча.
При приеме радиоволн также могут использоваться достоинства направленного излучения. Например, многие знакомы с параболическими спутниковыми антеннами, фокусирующими излучение спутникового передатчика в точку, где установлен приемный датчик. Применение направленных приемных антенн в радиоастрономии позволило сделать множество фундаментальных научных открытий. Возможность фокусирования высокочастотных радиоволн обеспечила их широкое применение в радиолокации, радиорелейной связи, спутниковом вещании, беспроводной передаче данных и т.п.
Параболические направленные антенны [1].
Необходимо отметить, что с уменьшением длины волны возрастает их затухание и поглощение в атмосфере. В частности на распространение волн короче 1 см начинают влиять такие явления как туман, дождь, облака, которые могут стать серьезной помехой, сильно ограничивающей дальность связи.
Мы выяснили, что волны радиодиапазона обладают различными свойствами распространения, и каждый участок этого диапазона применяется там, где лучше всего могут быть использованы его преимущества.
Читайте также: